Расчет теплообменников (стр. 1 из 5)

Практическая работа №1

Теплообменники

Необходимо произвести тепловой и конструктивный расчет отопительного пароводяного подогревателя горизонтального типа и секционного водоводяного подогревателя производительностью Q = 1,2∙10⁶ ккал/ч. Температура нагреваемой воды при входе в подогреватель t₂’ = 65°С и при выходе t₂’’ = 95°С. Температура сетевой воды при входе в водоводяной подогреватель t₁’ = 140°C и при выходе t₁’’ = 80°C. Влияние загрязнения поверхности нагрева подогревателя и снижение коэффициента теплопередачи при низких температурах воды учесть понижающим коэффициентом b=0,65.

Таблица 1

Исходные данные

№ варианта	Производительность, Q·10-6, кДж/ч	Температура нагреваемой воды при входе в подогреватель, t2’, oС	Давление сухого насыщенного водяного пара, р, ат
1	3,78	75	3,5
2	5,04	70	4,0
3	5,88	65	4,5
4	6,72	60	5,0
5	7,56	75	3,5
6	8,40	70	4,0
7	9,24	65	4,5
8	10,1	60	5,0
9	3,78	70	3,5
10	5,04	75	4,0
11	5,88	65	3,5
12	6,72	65	5,0
13	7,56	70	3,5
14	8,40	75	4,0
15	3,78	65	4,5
16	5,04	65	4,0
17	5,88	65	4,0

Для расчета отопительного пароводяного подогревателя приняты следующие дополнительные данные:

– давление сухого насыщенного водяного пара р = 4 ат (t_н = 143,62°С), см. Таблицу вода-водяной пар на линии насыщения;

– температура конденсата, выходящего из подогревателя, t_к = t_н;

– число ходов воды z = 2;

– поверхность нагрева выполнена из латунных труб (l = 90ккал/м·ч·град) диаметром d = 14/16мм.

Загрязнение поверхности учесть дополнительным тепловым сопротивлением d_з/l_з = 0,00015м²·ч·град/ккал.

В обоих вариантах скорость воды w_т (в трубках) принять по возможности близкой к 0,9 м/сек.

Для упрощения расчета принять r_в = 1000 кг/м³.

На основе расчетов выбрать аппараты, выпускаемые серийно, и сделать сопоставление полученных результатов.

Для расчетов необходимо:

1. Рабинович О. М. Сборник задач по технической термодинамике. – М.: Машиностроение, 1973. – 344 с. (Таблица Насыщенный водяной пар (по давлениям))

2. Таблица зависимости кинематической вязкости воды от температуры

Пример расчета пароводяного подогревателя

Исходные данные: температура нагреваемой воды при входе в подогреватель t₂’ = 65°С, мощность Q = 1,2 ·10⁶ ккал/ч.

Расчет: Определим расход воды:

(кг/ч)

или V = 40 м³/ч.

Число трубок в одном ходе:

(шт.)

где d_в – внутренний диаметр теплообменных труб (из дополнительных данных).

Общее число трубок в корпусе:

(шт.)

Рисунок 1 – Размещение трубок в трубной решетке трубчатого подогревателя:

а – по вершинам равносторонних треугольников;

б – по концентрическим окружностям.

Принимая шаг трубок s = 25мм, угол между осями трубной системы a = 60° и коэффициент использования трубной решетки Y = 0,7, определим диаметр корпуса:

(м) = 378 (м)

Определим также диаметр корпуса по Таблице 1.7 Приложения 1 и Рисунку 1 при ромбическом размещении трубок.

Для числа трубок n = 144 находим в Таблице 1.7 значение D’/s = 14 и, следовательно, D’ = 14·25 = 350(мм).

Диаметр корпуса составит:

D = D’+d_н+2k=350+16+2·20=406 (мм).

Приведенное число трубок в вертикальном ряду:

(шт.)

Определим коэффициент теплоотдачи a_п от пара к стенке:

Температурный напор:

(°С)

Средние температуры воды и стенки:

(°С)

(°С)

Режим течения пленки конденсата определяем по приведенной длине трубки (критерий Григулля) для горизонтального подогревателя, равной:

,

где т – приведенное число трубок в вертикальном ряду, шт.;

d_н – наружный диаметр трубок, м;

А₁ – температурный множитель, значение которого выбирается по Таблице 2:

(1/(м·град))

(°С)

Таблица 2

Значения температурных множителей в формулах для определения коэффициентов теплоотдачи

Конденсирующийся пар					Вода при турбулентном движении
Температу-ра насыщения, tн, °С	A1	А2	А3	A4·103	Температу-ра t, оС	A5
20	5,16	–	–	1,88	20	1746
30	7,88	–	–	2,39	30	1909
40	11,4	–	–	2,96	40	2064
50	15,6	–	–	3,56	50	2213
60	20,9	–	–	4,21	60	2350
70	27,1	–	–	4,91	70	2490
80	34,5	7225	10439	5,68	80	2616
90	42,7	7470	10835	6,48	90	2740
100	51,5	7674	11 205	7,30	100	2850
110	60,7	7855	11524	8,08	110	2957
120	70,3	8020	11 809	8,90	120	3056
130	82,0	8140	12039	9,85	130	3150
140	94,0	8220	12249	10,8	140	3235
150	107	8300	12375	11,8	150	3312
160	122	8340	12469	12,9	160	3385
170	136	8400	12554	14,0	170	2450
180	150	8340	12579	15,0	180	3505

При t_н = 143,62°С имеем A₁=98,71 (1/(м·град), тогда L = 12·0,016·30,62·98,71 = 580,32 , т. е. меньше величины L_кр = 3900 (для горизонтальных труб), следовательно, режим течения пленки ламинарный.